Python socket之TCP通信及下载文件的实现

TCP简介

TCP介绍

TCP协议,传输控制协议(英语:Transmission Control Protocol,缩写为 TCP)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议,由IETF的RFC 793定义。

TCP通信需要经过创建连接、数据传送、终止连接三个步骤。

TCP通信模型中,在通信开始之前,一定要先建立相关的链接,才能发送数据,类似于生活中,“打电话”

TCP特点

1. 面向连接

通信双方必须先建立连接才能进行数据的传输,双方都必须为该连接分配必要的系统内核资源,以管理连接的状态和连接上的传输。

双方间的数据传输都可以通过这一个连接进行。

完成数据交换后,双方必须断开此连接,以释放系统资源。

这种连接是一对一的,因此TCP不适用于广播的应用程序,基于广播的应用程序请使用UDP协议。

2. 可靠传输

1)TCP采用发送应答机制

TCP发送的每个报文段都必须得到接收方的应答才认为这个TCP报文段传输成功

2)超时重传

发送端发出一个报文段之后就启动定时器,如果在定时时间内没有收到应答就重新发送这个报文段。

TCP为了保证不发生丢包,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。

3)错误校验

TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误;在发送和接收时都要计算校验和。

4) 流量控制和阻塞管理

流量控制用来避免主机发送得过快而使接收方来不及完全收下。

TCP与UDP的不同点

TCP

UDP

1

TCP的传输是可靠传输。

UDP的传输是不可靠传输。

2

TCP是基于连接的协议,在正式收发数据前,必须和对方建立可靠的连接。

UDP是和TCP相对应的协议,它是面向非连接的协议,它不与对方建立连接,而是直接把数据包发送出去

3

TCP是一种可靠的通信服务,负载相对而言比较大,TCP采用套接字(socket)或者端口(port)来建立通信。

UDP是一种不可靠的网络服务,负载比较小。

4

TCP和UDP结构不同,TCP包括序号、确认信号、数据偏移、控制标志(通常说的URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN)、窗口、校验和、紧急指针、选项等信息。

UDP包含长度和校验和信息。

5

TCP提供超时重发,丢弃重复数据,检验数据,流量控制等功能,保证数据能从一端传到另一端。

UDP不提供可靠性,它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去,但是并不能保证它们能到达目的地。

6

TCP在发送数据包前在通信双方有一个三次握手机制,确保双方准备好,在传输数据包期间,TCP会根据链路中数据流量的大小来调节传送的速率,传输时如果发现有丢包,会有严格的重传机制,故而传输速度很慢。

UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接,且没有超时重发等机制,故而传输速度很快。

7

TCP支持全双工和并发的TCP连接,提供确认、重传与拥塞控制。

UDP适用于哪些系统对性能的要求高于数据完整性的要求,需要“简短快捷”的数据交换、需要多播和广播的应用环境。

tcp通信模型

udp通信模型中,在通信开始之前,不需要建立相关的链接,只需要发送数据即可,类似于生活中,“写信”

tcp通信模型中,在通信开始之前,一定要先建立相关的链接,才能发送数据,类似于生活中,“打电话”

Python socket之TCP通信及下载文件的实现_第1张图片

Python socket之TCP通信及下载文件的实现_第2张图片

tcp注意点

  • tcp服务器一般情况下都需要绑定,否则客户端找不到这个服务器
  • tcp客户端一般不绑定,因为是主动链接服务器,所以只要确定好服务器的ip、port等信息就好,本地客户端可以随机
  • tcp服务器中通过listen可以将socket创建出来的主动套接字变为被动的,这是做tcp服务器时必须要做的
  • 当客户端需要链接服务器时,就需要使用connect进行链接,udp是不需要链接的而是直接发送,但是tcp必须先链接,只有链接成功才能通信
  • 当一个tcp客户端连接服务器时,服务器端会有1个新的套接字,这个套接字用来标记这个客户端,单独为这个客户端服务
  • listen后的套接字是被动套接字,用来接收新的客户端的链接请求的,而accept返回的新套接字是标记这个新客户端的
  • 关闭listen后的套接字意味着被动套接字关闭了,会导致新的客户端不能够链接服务器,但是之前已经链接成功的客户端正常通信,因为accept返回了新的套接字。
  • 关闭accept返回的套接字意味着这个客户端已经服务完毕
  • 当客户端的套接字调用close后,服务器端会recv解堵塞,并且返回的长度为0,就是recv()返回为空, sendto不能发送空消息,因此服务器可以通过返回数据的长度来区别客户端是否已经下线

代码:

TCPServer:

import socket
 
tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(("0.0.0.0", 8080))
 
# 将套接字将默认的主动模式改成被动模式(监听模式)
tcp_server.listen(128)
 
ret = tcp_server.accept()
 
print(ret)
 
tcp_server.close()

TCPClient:

import socket
 
tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(("192.168.1.12", 8080))
tcp_client.send("hello,world!!!".encode("utf-8"))
 
tcp_client.close()

运行结果:

TCP服务端与客户端消息通信:

代码:

TCPServer:

import socket
import threading
 
tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(("", 8080))
 
# 将套接字将默认的主动模式改成被动模式(监听模式)
tcp_server.listen(128)
 
client_socket, client_info = tcp_server.accept()
 
 
def deal_msg():
    while True:
        data = client_socket.recv(1024)
        print(data)
        # 当客户端关闭了连接,服务端的连接套接字也会继续执行接收函数,但返回的是空字符串,这时服务端的连接套接字就可以关闭了
        if data == "":
            break
    client_socket.close()
 
 
threading.Thread(target=deal_msg).start()
 
print(client_socket, client_info)
 
tcp_server.close()

TCPClient:

import socket
import time
 
tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(("192.168.1.12", 8080))
 
while True:
    time.sleep(2)
    tcp_client.send("hello,world!!!".encode("utf-8"))
 
# tcp_client.close()

下载文件:

TCPDownloaderServer:

import socket
import threading
 
tcp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_server.bind(("0.0.0.0", 8080))
tcp_server.listen(128)
 
tcp_client, clint_info = tcp_server.accept()
 
 
def send_file():
    with open("./test.txt", "rb") as fp:
        while True:
            byteData = fp.read(128)
            print(byteData)
            if byteData:
                tcp_client.send(byteData)
            else:
                break
        tcp_client.close()
 
 
threading.Thread(target=send_file).start()
 
tcp_server.close()

TCPDownloaderClient:

import socket
 
tcp_client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
tcp_client.connect(("192.168.1.12", 8080))
 
with open("./test2.txt", "wb") as fp:
    while True:
        data = tcp_client.recv(1024)
        print(data)
        if data.decode("utf-8") == "":
            break
        fp.write(data)
 
tcp_client.close()

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